JP2006275259A - 等速自在継手 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ブーツのシール作用を損なうことなく、ブーツの過大変形を抑制するための通気性を確保すること。
【解決手段】 ブーツ51とシャフト22との嵌合部に、軸方向に対して角度をなし、かつ、継手内外を連通させる通気孔Hを設ける。通気孔Hは、前記嵌合部の所定の軸方向長さの範囲内で、より長く形成することできる。通気孔Hを長くすると、異物侵入や潤滑剤漏れを抑制するためのシール性が得られる。通気性を確保するための通気孔H自体にシール性を持たせたので、通気孔Hによる呼吸作用によっては、ブーツ51のシール作用が損なわれず、ブーツ51の寿命を延ばすことができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば自動車のプロペラシャフトやドライブシャフト、或いは各種産業機械に用いられる等速自在継手に関するものである。
自動車のプロペラシャフトやドライブシャフトに使用される摺動式等速自在継手の一種に、図11に示すクロスグルーブ型と称されるものがある。この等速自在継手は、外側継手部材10、内側継手部材20、複数個(例えば6個)のボール30(転動体)、保持器40、アダプタ付きブーツ50、エンドキャップ60を主要な構成要素として備える(例えば特許文献1参照)。
外側継手部材10は、円筒状に形成され、内周面に複数のトラック溝11を有する。外側継手部材10の環状端面には、トラック溝11の相互間に対応する位置にそれぞれボルト孔12を形成してある。内側継手部材20は、外側継手部材10のトラック溝11と対になる複数のトラック溝21を外周面に形成してある。内側継手部材20の内周側には、シャフト22をトルク伝達可能に嵌合して一体化してある。シャフト22の先端部には輪溝22aを設けてあり、この輪溝22aにスナップリングまたはサークリップ23を装着することで、内側継手部材20の軸方向にシャフト22が位置決め固定される。外側継手部材10のトラック溝11と内側継手部材20のトラック溝21は、その相互間でボール30を一個ずつ配置するための空間(ボールトラック)を形成する。外側継手部材10のトラック溝11と内側継手部材20のトラック溝21は、それぞれ周方向逆向きに傾けて形成され、互いに交差している。保持器40は、外側継手部材10と内側継手部材20の間に配置され、周方向に所定間隔で複数形成したポケット41でボール30を一個ずつ保持する。以上の構成により、上記の等速自在継手は、外側継手部材10と内側継手部材20の相対的な軸方向移動と軸方向角度変位(作動角)が許容され、ボール30を介して外側継手部材10と内側継手部材20の間でトルクが伝達される。
一方、上記の等速自在継手は、外側継手部材10及び内側継手部材20とボール30との間の摩擦抵抗を軽減するために、継手内部に潤滑剤が充填される。この潤滑剤が継手外部に漏れたり、外部から泥水や砂塵等の異物が侵入したりすると、前記摩擦抵抗が高くなり継手性能が低下する。このため、外側継手部材10の内側端部及びシャフト22のそれぞれに気密に嵌合させたアダプタ付きブーツ50と、外側継手部材10の外側端部に取付けたエンドキャップ60とで継手内部を密封してある。
アダプタ付きブーツ50は、ゴム材又は可撓性樹脂材からなるブーツ51と金属製のアダプタ52とからなる。ブーツ51は、シャフト22に外嵌する小径端部51aとアダプタ52に接続される大径端部51bの間に蛇腹形状の屈曲部51cを設けてある。ブーツ51の小径端部51aは、バンド53によって締付けられ、シャフト22に対して固着される。アダプタ52は、ブーツ51の大径端部51bに加締め固定される加締め部52aと、外側継手部材10に嵌合させる環状フランジ52bとを有する。アダプタ52の環状フランジ52bは、外側継手部材10のボルト孔12と対応するボルト孔52cを複数有する。なお、蛇腹状のブーツ51はアダプタ52を介さずに外側継手部材10に対して直接装着することもある。また、ブーツ51の屈曲部51cの形状は上記蛇腹形状に限定されない。例えば本発明の実施形態を示す図1のように、屈曲部51cの形状を断面U字形状としたものもある。
エンドキャップ60は、外側継手部材10の他端開口を閉塞するカップ部61と、カップ部61の周縁部に設けられ、外側継手部材10の他端部に外嵌させる環状フランジ62とを有する。エンドキャップ60の環状フランジ62は、外側継手部材10のボルト孔12と対応するボルト孔63を複数有する。
上記の等速自在継手は、外側継手部材10の両端部にそれぞれアダプタ52及びエンドキャップ60を嵌合させ、ボルト71を、アダプタ52、外側継手部材10、エンドキャップ60、および、スタブシャフト70の各ボルト孔52c,12,63,72に挿し通し、スタブシャフト70側からナット73で締付けて一体化される一方、シャフト22の図示しない他端を図示外のシャフト又は継手にトルク伝達可能に連結することで、プロペラシャフト等に組込まれる。
上記の等速自在継手を自動車のプロペラシャフトに使用した場合、外側継手部材10と内側継手部材20の作動角が小さく高速回転下で使用されることが多い。このような等速自在継手においては、高速回転時に継手内部の温度上昇に伴って内圧が上昇する一方、その後に冷却されて負圧になるなどして内圧が変動する。継手の内圧変化によりブーツ51が過大に変形すると、ブーツ51の耐久性が低下する。
なお、上記のクロスグルーブ型等速自在継手は、外側継手部材10と内側継手部材20が軸方向に相対移動する摺動式であるが、他の摺動式等速自在継手(例えばトリポード型)や、外側継手部材10と内側継手部材20が軸方向に相対移動しない固定式等速自在継手においても、内圧変化によるブーツの変形は共通した現象である。但し、摺動式の場合は、外側継手部材10と内側継手部材20の軸方向相対移動で内部容積が変化することによっても内圧が変化するので、固定式に比べてブーツ51の耐久性が低下しやすい。
継手の内圧変化によるブーツ51の過大変形に関する問題を解決するために、図12及び図13のように、ブーツ51の小径端部51aの内径面に通気溝51d(通気孔)を設けると共に、小径端部51aからシャフト22に接触させるリップ部51eを延設し、リップ部51eの内径側に突起51fを不連続的に複数形成したものがある。内圧上昇時には、リップ部51eが外側に開放され、通気溝51dを介して継手内外を連通させる。負圧時には、突起51fを境にしてリップ部51eの基端側が内側に吸引される一方、リップ部51eの先端側がシャフト22から離れ、突起51f間の隙間から外気が流入する。このような継手内外の空気の流出入作用(以下、呼吸作用という。)により、継手内外の圧力差が低減するから、ブーツ51の過大な変形が抑制され、ブーツの長寿命化が図られる。なお、特許文献2には、図12及び図13に示すブーツ51の通気構造が開示されている。
特開2003−074580号公報 特開平8−28704号公報
特許文献2の場合、ブーツ51の過大変形はある程度緩和されるものの、ブーツ51をゴム材又は可撓性樹脂材で構成している以上、リップ部51eの劣化や破損によるシール作用の早期低下は避けられない。リップ部51eは肉薄に形成することで開閉動作が可能になっているが、肉薄であるが故に、前記開閉動作の支点となるリップ部51eの基端部や突起51fの基端部などに割れが生じやすい。リップ部51eの割れにより、シャフト22に対するリップ部51eの密着性が低下すると、潤滑剤漏れや異物侵入を防止するというブーツ本来のシール作用が損なわれ、却ってブーツ51の寿命を低下させることも懸念される。
本発明は、斯かる実情に鑑み創案されたものであって、その目的は、ブーツのシール作用を損なうことなく、ブーツの過大変形を抑制するための呼吸作用を享受でき、ブーツの寿命をより一層延ばすことができる等速自在継手を提供することにある。
本発明に係る等速自在継手は、外側継手部材と、外側継手部材に対して相対的に軸方向の角度変位可能に配設した内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルク伝達を行なうトルク伝達部材と、一端を内側継手部材にトルク伝達可能に連結すると共に他端を外側継手部材の外部へ延在させたシャフトと、一端を外側継手部材に嵌合すると共に他端をシャフトに嵌合して継手内外を区画するブーツとを備えた等速自在継手において、ブーツの前記他端とシャフトとの嵌合部に、軸方向に対して角度をなし、かつ、継手内外を連通させる通気孔を設けたことを特徴とする。
上記の等速自在継手は、ブーツとシャフトとの嵌合部に、軸方向に対して角度をなす通気孔を設けてあるので、従来例の如くブーツの軸線方向にストレート状に形成された通気溝に比べて、異物の侵入経路や潤滑剤の漏洩経路が長くなる。これにより、通気孔に侵入した異物が継手内部へ侵入したり、通気孔に侵入した潤滑剤が継手外部へ流出したりするのに要する時間が長くなる。異物侵入や潤滑剤漏れの所要時間を長くすると、通気孔による呼吸作用などにより、通気孔から継手外部へ排出される異物や、通気孔から継手内部に戻される潤滑剤が多くなり、異物侵入や潤滑剤漏れを抑制できる。
なお、上記の通気孔は、ブーツとシャフトとの嵌合部にて継手内外を連通させる孔である。かかる孔には、ブーツの前記他端内径面に設けた通気溝とシャフト表面で形成される孔、ブーツの前記他端内径面とシャフト表面に設けた通気溝で形成される孔、ブーツの前記他端内径面に設けた通気溝とシャフト表面に設けた通気溝で形成される孔、ブーツの前記他端に軸方向に対して角度をなすように設けた孔が含まれる。
本発明の上記構成によれば、ブーツの過大変形を抑制するために設けた通気孔自体に、異物侵入や潤滑剤漏れを抑制するためのシール性を持たせたので、通気孔の呼吸作用によって、ブーツのシール作用が損なわれない。したがって、ブーツの寿命をより一層延ばすことができる。
以下、添付図面を参照しつつ本発明に係る等速自在継手の一実施形態について説明する。なお、本実施形態の等速自在継手は、自動車のプロペラシャフトに使用されるものである。ただし、用途はこれに限定されるものではなく、自動車のドライブシャフトや各種産業機械にも使用できる。
図1は本発明に係る等速自在継手の第1実施形態を示す縦断面図で、図2はブーツ51の小径端部51aの縦断面図で、図3及び図4はそれぞれ第2及び第3実施形態を示す縦断面図である。この等速自在継手は、従来例と同様に、外側継手部材10、内側継手部材20、複数のボール30(転動体)、保持器40、アダプタ付きブーツ50及びエンドキャップ60を主要な構成要素として備える。図11に示す従来例と相当する部位には同一符号を付して説明を省略する。
第1実施形態の等速自在継手は、図1及び図2に示すように、ブーツ小径端部51aの内径面に通気溝51dを設けてある。この通気溝51dは、その一部が軸方向Oに対して角度をなすように、ブーツ小径端部51aの周方向に形成される。詳しくは、ブーツ小径端部51aの軸方向中間部に、周方向に延びる周溝部51d1を設けてある。周溝部51d1は、全周に渡って形成された環状の溝で、ブーツ小径端部51aの軸方向外側に形成された外側溝部51d2を介して継手外部と連通する一方、ブーツ小径端部51aの軸方向内側に形成された内側溝部51d3を介して継手内部と連通する。外側溝部51d2及び内側溝部51d3は、軸方向に延びるストレート状の溝で、それぞれブーツ小径端部51aの周方向に所定間隔で複数形成してある。この実施形態では、外側溝部51d2及び内側溝部51d3を、周溝部51d1の周方向の相違する部位に接続し、千鳥状に配設してある。
ブーツ小径端部51aをシャフト22に嵌合すると、これらの嵌合部には、ブーツ小径端部51aの内径面に設けた通気溝51dとシャフト22の表面とで、継手内外を連通させる通気孔Hが形成される。また、周溝部51d1、外側溝部51d2及び内側溝部51d3と、シャフト22の表面とで、それぞれ周方向に延びる周孔部H1、周孔部H1と継手外部とを連通させる外側孔部H2、および、周孔部H1と継手内部とを連通させる内側孔部H3が形成される。外側孔部H2及び内側孔部H3は、各々の一端が周孔部H1の周方向の相違する部位にて開口し、各々の他端が継手外部及び継手内部に開放される。
本実施形態の等速自在継手は上記の如く構成され、外側孔部H2に侵入した異物が継手内部へ侵入したり、内側孔部H3に侵入した潤滑剤が継手外部へ流出したりする際に、異物や潤滑剤が周孔部H1を通過するように構成してある。異物や潤滑剤が周孔部H1を通る道程だけ、従来例の通気溝よりも、異物の侵入経路や潤滑剤の漏洩経路が長くなる。しかも、この実施形態では、周孔部H1を無端状に形成してあるので、周孔部H1に侵入した異物や潤滑剤は、周孔部H1の一部、即ち外側孔部H2と内側孔部H3の相互間の円弧部分を通り抜けるだけでなく、周孔部H1を何周も移動することが可能になる。このように、異物の侵入経路や潤滑剤の漏洩経路を長くすると、通気孔Hに侵入した異物が継手内部へ侵入したり、通気孔Hに侵入した潤滑剤が継手外部へ流出したりするのに要する所要時間が長くなる。かかる所要時間の長期化に伴い、異物を通気孔Hから継手外部に排出したり、潤滑剤を通気孔Hから継手内部に戻したりできる機会が増え、継手内部への異物侵入や潤滑剤漏れを抑制できる。
このように、ブーツ51の過大変形を抑制すべく通気性を確保するために設けた通気孔H自体に、継手内部への異物侵入や潤滑剤漏れを抑制するためのシール性を持たせたので、ブーツ51のシール作用を損なうことなく呼吸作用を享受できる。
なお、第1実施形態では、通気孔Hを、ブーツ小径端部51aに設けた通気溝51dと、シャフト22の表面とで形成しているが、通気孔Hは図3又は図4のように形成することも可能である。
図3に示す第2実施形態の等速自在継手は、通気孔Hを、ブーツ小径端部51aの円筒状内径面とシャフト22の表面に設けた通気溝22bとで形成してある。図3において、符号22b1は、シャフト22の周方向全周に渡って設けた周溝部である。符号22b2は、周溝部22b1よりも軸方向外側に形成され、周溝部22b1と継手外部と連通させる外側溝部である。符号22b3は、周溝部22b1よりも軸方向内側に形成され、周溝部22b1と継手内部と連通させる内側溝部である。これら各溝部22b1〜22b3は、上記実施形態の各溝部51d1〜51d3と同様に配設される。
ブーツ小径端部51aをシャフト22に嵌合すると、これらの嵌合部には、ブーツ小径端部51aの円筒状内径面と、シャフト22の表面に設けた通気溝22bとで、継手内外を連通させる通気孔Hが形成される。また、ブーツ小径端部51aの円筒状内径面と、周溝部22b1、外側溝部22b2及び内側溝部22b3とで、それぞれ周方向に延びる周孔部H1、周孔部H1と継手外部とを連通させる外側孔部H2、および、周孔部H1と継手内部とを連通させる内側孔部H3が形成される。
以上の構成により、第2実施形態の等速自在継手は、第1実施形態の等速自在継手とほぼ同様の作用効果を享受できる。なお、ブーツ小径端部51aとシャフト22との嵌合部を除く他の構成は上記第1実施形態と同じである。
図4に示す第3実施形態の等速自在継手は、通気孔Hを、ブーツ小径端部51aの内径面に設けた通気溝51dとシャフト22の表面に設けた通気溝22bとで形成してある。また、ブーツ小径端部51aの内径面に設けた周溝部51d1、外側溝部51d2及び内側溝部51d3と、シャフト22の表面に設けた周溝部22b1、外側溝部22b2及び内側溝部22b3とで、それぞれ周方向に延びる周孔部H1、周孔部H1と継手外部とを連通させる外側孔部H2、および、周孔部H1と継手内部とを連通させる内側孔部H3が形成される。
以上の構成により、第3実施形態の等速自在継手は、第1及び第2実施形態の等速自在継手とほぼ同様の作用効果を享受できる。なお、ブーツ小径端部51aとシャフト22との嵌合部を除く他の構成は上記第1及び第2実施形態と同じである。
以上、本発明に係る等速自在継手の第1乃至第3実施形態につき説明したが、本発明は上記第1乃至第3実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。なお、以下の図5乃至図8に示す改変例では、便宜上、上記第1実施形態の等速自在継手を改変したものについてのみ図示及び説明するが、上記第2及び第3実施形態の等速自在継手についても同様の改変を行なえる。
上記第1乃至第3実施形態では、通気孔Hを、周孔部H1、外側孔部H2、および、内側孔部H3で構成してあるが、本発明でいう通気孔Hには、図5のように、従来例のような軸方向に形成されたストレート状の通気孔を軸方向に対して角度をなすように傾けた形状、詳しくは、螺旋の一巻き未満に相当する形状のものも含まれる。なお、図5では、通気孔(H)を構成する通気溝51dを螺旋の一巻き未満に相当する形状に形成しているが、一巻き以上の螺旋形状としても構わない。
また、図5のように、通気孔(H)を螺旋状に形成すると、通気孔(H)の一端は等速自在継手の回転方向に開口し、他端は反回転方向に開口する。等速自在継手の回転時に、異物又は潤滑剤が通気孔(H)の他端から侵入すると、通気孔(H)の奥の方まで入り込みやすくなる。図6のように、通気孔(H)をV字形状(実際には、巻回方向の相違する2つの螺旋の一巻き未満に相当する部分を繋げた形状)に形成し、通気孔(H)の両端部を等速自在継手の反回転方向に開口させておくと、等速自在継手の回転時に、異物又は潤滑剤が通気孔(H)に侵入して直ぐに通気孔(H)の奥の方まで入り込むのを防止できる。なお、ここでいう通気孔(H)の両端部には、図1の外側孔部H2や内側孔部H3も含まれる。図7に外側孔部(H2)及び内側孔部(H3)を軸方向に対して角度をなすように形成したものを示す。図7の外側孔部(H2)の軸方向外側端部及び内側孔部(H3)の軸方向内側端部はともに、等速自在継手の反回転方向に向かって開口している。
また、上記第1乃至第3実施形態では、周孔部H1を全周に渡って無端状に形成してあるが、周孔部H1は、全周に渡って形成せずに有端状としても構わない。このように、周孔部H1を有端状に形成しても、異物の侵入経路や潤滑剤の漏洩経路を長くして異物侵入及び潤滑剤漏れを抑制できる。但し、周孔部H1を有端状に形成した場合は、異物や潤滑剤が周孔部H1を何周も移動するという循環作用を享受できなくなる。
また、上記第1乃至第3実施形態では、周孔部H1をひとつだけ設けてあるが、図8のように周孔部(H1)を複数設けても構わない。この場合、ブーツ小径端部51aの内径面の周溝部51d1の相互間に中間溝部51d4を設け、中間溝部51d4とシャフト(22)の表面で周孔部(H1)どうしを連通させる中間孔部(H4)を形成する。このように周孔部(H1)を複数設けると、軸方向外側の周孔部(H1)には主として異物が留められ、軸方向内側の周孔部H1には主として潤滑剤が留められるので、異物と潤滑剤が混ざりにくくなる。逆に、上記第1乃至第3実施形態では、外側孔部H2及び内側孔部H3を複数設けてあるが、外側孔部H2及び内側孔部H3は、それぞれひとつずつ設けても構わない。
また、上記第1乃至第3実施形態では、通気孔Hを、ブーツ小径端部51aの内径面及び/又はシャフト22の表面に設けた通気溝51d,22bで構成してあるが、通気孔Hは、図9及び図10のように、ブーツ小径端部51aに穿設したものであっても構わない。図9及び図10の通気孔Hは、軸方向に対して角度をなすストレート状に形成される。なお、図9及び図10では、最も加工が容易なストレート状の通気孔Hを示しているが、ブーツ小径端部51aを二層構造とし、その界面に第1乃至第3実施形態のような周溝部22b1、外側溝部22b2、内側溝部22b3からなる通気溝22b、及び/又は、周溝部51d1、外側溝部51d2、内側溝部51d3からなる通気溝51dを設けることで、周孔部H1を有する通気孔Hをブーツ小径端部51aに設けることもできる。また、ブーツ小径端部51aの軸方向両側から穿設することで、図6のようなV字形状の通気孔(図示略)をブーツ小径端部51aに設けることもできる。このように軸方向に対して角度をなし、かつ、継手内外を連通させる通気孔Hを、ブーツ小径端部51aに設けても、上記第1乃至第3実施形態と同様の作用効果を享受できる。
以上のように、本発明は前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明思想の同一性を維持する範囲内で種々の変形が可能である。
本発明に係る等速自在継手の第1実施形態を示す縦断面図である。 本発明に係る等速自在継手の第1実施形態を示す要部拡大断面図で、ブーツ小径端部の内径側を示す図である。 本発明に係る等速自在継手の第2の実施形態を示す縦断面図である。 本発明に係る等速自在継手の第3の実施形態を示す縦断面図である。 本発明に係る等速自在継手の第1の変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明に係る等速自在継手の第2の変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明に係る等速自在継手の第3の変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明に係る等速自在継手の第4の変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明に係る等速自在継手の第5の変形例を示す縦断面図である。 図9におけるブーツ小径端部の拡大図である。 従来の等速自在継手の一例を示す縦断面図である。 等速自在継手の従来の通気構造の一例を示す要部拡大縦断面図であって、ブーツの小径端部とシャフトの嵌合構造を示す図である。 図12のX−X線矢視断面図である。
符号の説明
10 外側継手部材
11 トラック溝
12 ボルト孔
20 内側継手部材
21 トラック溝
22 シャフト
22a 輪溝
23 サークリップ
30 ボール
40 保持器
41 ポケット
50 アダプタ付きブーツ
51 ブーツ
51a 小径端部
51b 大径端部
51c 屈曲部
51d 通気孔
51d1 周溝部
51d2 外側溝部
51d3 内側溝部
51d4 中間溝部
51e リップ部
51f 突起
52 アダプタ
52a 加締め部
52b 環状フランジ
52c ボルト孔
53 バンド
60 エンドキャップ
61 カップ部
62 環状フランジ
63 ボルト孔
70 中空シャフト
71 ボルト
72 螺子孔
H 通気孔
H1 周孔部
H2 外側孔部
H3 内側孔部

Claims (7)

  1. 外側継手部材と、外側継手部材に対して相対的に軸方向の角度変位可能に配設した内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルク伝達を行なうトルク伝達部材と、一端を内側継手部材にトルク伝達可能に連結すると共に他端を外側継手部材の外部へ延在させたシャフトと、一端を外側継手部材に嵌合すると共に他端をシャフトに嵌合して継手内外を区画するブーツとを備えた等速自在継手において、ブーツの前記他端とシャフトとの嵌合部に、軸方向に対して角度をなし、かつ、継手内外を連通させる通気孔を設けたことを特徴とする等速自在継手。
  2. 前記通気孔が、周方向に形成された周孔部と、周孔部及び継手外部を連通させる外側孔部と、周孔部及び継手内部を連通させる内側孔部とを有することを特徴とする請求項1に記載の等速自在継手。
  3. 外側孔部及び内側孔部を、周孔部の周方向の相違する部位にそれぞれ接続したことを特徴とする請求項2に記載の等速自在継手。
  4. 前記通気孔が、軸方向の一端側と他端側で逆向きに角度変位していることを特徴とする請求項1に記載の等速自在継手。
  5. 前記通気孔の一端側と他端側を反回転方向に向けて形成したことを特徴とする請求項4に記載の等速自在継手。
  6. 前記通気孔を、ブーツの前記他端内径面及び/又はシャフトの表面に設けた溝で構成したことを特徴とする請求項1に記載の等速自在継手。
  7. 前記通気孔を、ブーツの前記他端に設けた孔で構成したことを特徴とする請求項1に記載の等速自在継手。
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